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1、. . . . 古气候学复习一、概论1水的三相平衡点：水有固气液三相，在三种共存的情况下是最稳定且唯一的；一个大气压下，水在气态处于饱和状态下时的温度为热力学温标的标准点。2.气候学：研究气候的特征、形成和演变，及其与人类活动的相互关系的一门学科。气候与天气的区别：天气是指在某一瞬间或一个较短时间大气的状态（温度，湿度，压强等）和大气现象（风，云，雾，降水）等的综合，天气是短暂的过程，天气变化快，变化周期短。气候是指太阳辐射、大气环流、下垫面性质和人类活动在长期相互作用下，在某一段时间大量天气过程的综合，不仅包括该地多年来经常发生的天气状况，而且包括某些年份偶尔出现的极端天气。3.古气候学：主
2、要研究器测时期之前的气候变化历史、过程及原因的学科，其目的是为预测今后气候变化及解决有关资源、环境问题服务。4.地球系统：指由大气圈、水圈、岩石圈、地幔、地核和生物圈组成的有机整体；地球系统科学指的是研究地球各个圈层之间相互作用、相互联系、变化机制和变化机理，为全球环境变化预测提供科学依据。5.盖亚假说：地球是一个有机的生命体，岩石、海洋和所有的生命构成一个不可分离的系统。地球的各种生物有效的调节着大气的温度和化学成分；地球生物影响环境，环境反过来影响生物的进化；各种生物界之间主要由负反馈连接，保持生态的稳定性；大气能保持稳定不仅是取决于生物圈某种程度上也是为了生物圈；各种生物调节其物质环境，
3、以便创造各类生物最优化的生存条件。6.气候系统：气候系统由大气圈、水圈、生物圈、岩石圈、冰冻圈共同组成，气候是这些子系统相互作用的终极产物。气候系统的最终能量来自太阳。7.古气候变化的三个尺度： 构造尺度岩石圈构造变化驱动，不可逆； 轨道尺度日照季节、轨道配置变化驱动； 亚轨道尺度101-103太阳活动等驱动 长尺度是短尺度的背景，短尺度是长尺度变化上叠加的扰动8. 末次盛冰期(LGM)21000年最大的变化是冰盖扩。现代陆地冰雪覆盖的面积为1500万平方公里，LGM时期为4000万平方公里。LGM冰盖的增长主要在北半球，冰盖厚度达到2-3公里。海平面下降120m，全球温度下降5-10（赤道2
4、-5，极地15以上）；全球总体降水量减少10%到30%；SST（海水表面温度）下降；沙漠扩大；气候带南移；动植物南迁。9.反馈：正反馈是循环促进非平衡系统，负反馈是循环制约制约平衡系统。水汽反馈，云辐射反馈，冰雪圈反馈，海洋反馈.10气候的驱动因素： 外部因素：达到地球的辐射能量太阳辐射强度和轨道要素 地球行星反射率云量，大气气溶胶，冰雪覆盖面积，陆地植被，地貌形态，海路分布格局 进入地球系统中的太阳能在地球系统中滞留的时间温室气体，水汽，CO2，甲烷（吸收长波辐射，反复加热地球） 部因素：火山活动，构造运动，人类活动11.地球轨道三要素：偏心率、斜率、岁差偏心率是地球椭圆轨道的离心率；斜率（
5、轨道倾斜度）：黄道与赤道的夹角，现在为23.5。岁差：地轴晃动的结果。冬至在黄道面上岁岁有差。岁差的变幅受偏心率的影响。12.从古气候角度看大气圈的主要作用是大气环流模式，温室气体浓度。水圈的主要作用是1）大尺度水循环；2）地表风化-CO2；3）水汽为重要温室气体。大洋垂直环流分为表层环流，次表层环流，中层流，深层流，底层流。冰冻圈的主要作用是1）水循环2）冰雪反馈作用。生物圈的主要作用：1）反馈作用2）大气温室气体浓度。岩石圈的主要作用：1）控制大气、大洋环流模式2）控制大气温室气体浓度13.古气候的研究过程：1）选择一个问题2）取得研究材料3）对沉积物定年4）建立气候变化时间序列5）分析气
6、候变化历史（周期，幅度，速度，趋势，特殊事件，相位关系，区域与全球对比）6）空间上变化特点7）探讨气候变化原因与机制（动力因素，动力过程，数值模拟常常是重要手段）8）预测气候变化二、古气候记录14.古气候记录的原理：根据不同沉积物的物质组成（生物的，物理的，化学的）和沉积特征，利用不同的研究方法和理论推测地质时期的气候。15.古气候记录类型：器测记录；历史资料；各种自然记录（沉积物：海洋，湖泊，风尘沉积；冰；珊瑚；树轮 自然地理变迁的遗迹）16.高分辨率的研究材料：树轮，玛珥湖，冰芯，珊瑚，石笋，历史记录 低分辨率材料：深海沉积物，黄土沉积，湖泊沉积17.气候代用指标：利用沉积记录蕴含的一些物
7、理、化学、生物和沉积特征，直接或者间接地指示过去气候环境变化的特征。18.古气候指标：物理/化学/生物/沉积类指标黄土记录的古气候指标： 物理指标：磁化率、颜色 化学指标：元素比值、同位素比值 生物指标：孢粉、植硅体、蜗牛等 沉积指标：粒度参数、土壤形态 磁化率是夏季风指标（磁化率与降水量正相关），粒度是冬季风指标； 夏季风指标：化学风化指数；元素比值指标，指示黄土风化程度19.海洋记录类型：沉积记录，生物记录，物理化学记录 海洋生物记录：有孔虫和海洋微体古生物；深海氧同位素；深海谈同位素；海洋生物指标与古温度、研盐度记录；珊瑚记录；海洋生产率记录20.同位素气候地层学：由于第四纪期间太阳辐射
8、量在地球不同地区分配的变化造成地球上冰盖大小的增减，进而决定着大洋水体中18O/16O组成的变化，不同海区生物成因的碳酸钙壳体中的18O呈现同步的变化历史，因此可以利用生物壳体（浮游有孔虫、钙质超微化石、硅藻等）的氧同位素变化标定地层年代。21.轨道调谐法时间标尺建立的方法与步骤：1.建立气候变化曲线；2.选择靶函数（ETP），确定使用什么函数进行周期提取；3.确定相位差；4.确定独立的年龄控制点；5建立初始时间标尺；6数学处理22.深海氧同位素氧同位素的冰期效应： 冰期：大陆冰盖扩，16O聚集，海洋18O增多，氧同位素偏正；植物萎缩，碳同位素偏负。 间冰期：冰盖减少，氧同位素偏负，碳同位素偏
9、正。23.氧同位素在古海洋学研究中的应用：查明地质历史上古海水温度的变化趋势；揭示全球气候变化周期变化规律；建立大洋水柱的垂向温度梯度变化。24.影响海洋氧同位素分布的因素：海水温度对18O的影响；冰期效应与盐度效应；生命效应。25.碳同位素的应用：指示水团的性质来源及年龄；指示大气成分、生物量及有机碳堆积量的变化；反映森林植被及冰期效应；在一定程度上反映温度，光强度26.海洋生物标志物：UK37，TEX8627海洋生产率：生产率是指生物在能量循环过程中固定能量的速率，及单位时间单位面积所产生的有机物的量，卡/平方厘米*年。海洋生产率指的是浮游生物的产率。28.古CO2浓度记录：CO2是一种重
10、要的温室气体，在全球碳循环过程中，CO2浓度受控于不同尺度的影响构造尺度上：深部碳释放，有机碳的埋藏，表层硅酸盐的化学风化对CO2的消耗，碳酸盐岩的沉淀；轨道尺度上：与生物圈碳循环更为密切；千年以下的尺度上：生物圈和大气圈的交换进行。 CO2不光受上述因素影响，在过程中CO2本身就有一些反馈作用，有一定的自我调节能力，如光合作用。29.温室CO2高，间冰期；冰室CO2低，冰期。直接测量法，测量冰芯气泡。30.海洋物理化学记录：古CO2浓度记录；陆地风化剥蚀的海洋记录；近岸风场、风力和降水变化记录；古气候与海洋化学的长期演化。31.黄土记录与中国黄土时间标尺：1. 黄土的分布2. 黄土的地貌：沟
11、谷纵横，塬、梁、茆。3. 黄土的风成成因：4. 黄土的化学成分5. 黄土的矿物成分6. 黄土的地层与时代7. 黄土的古气候指标黄土是由风力搬运和堆积的大气粉尘物质特点是1、成分的相对均一性；2、颗粒的分异性-极细沙以下颗粒3、沉积的松散性 中国黄土的风成证据：1）分布在沙漠外围；2）沉积物层理；3）成分具均一性；4）粒度的空间差异性；5）地层的空间可对比性。成分与地壳化学元素克拉克值接近。矿物组合：石英，长石，云母，碳酸盐，粘土矿物（伊利石、蒙脱石）黄土的基本地层单元：黄土层、古土壤层、弱发育土壤层黄土层Li 古土壤层Si 午城黄土（2.6-1.3Ma） L33L15的沉积 黄土下部(1.3-
12、0.5Ma) L15-L5的沉积 黄土上部（0.5-0.07Ma) L5-L1的沉积 马兰黄土(0.07-0.0Ma) L1+S0磁化率为物质在磁场作用下，可被磁化的能力，它同磁性矿物的种类、含量、大小有关。古土壤磁化率是黄土层的2-4倍。控制因素主要有：火山灰与地外物质；成土强度；粒度与生物种类。古土壤为红色，黄土层为黄色。游离铁与全铁的比值作为夏季风强度变化的指标。粒度变化的控制因素：同风力强度有关；同沙漠进退有关32. 中国黄土记录中有哪些指标能够指示东亚冬、夏季风的变化？冬季风指标：粒度、风尘通量、碎屑石英粒度夏季风指标：磁化率、有机质含量、稳定C同位素比值（13C含量指示C3、C4植
13、物含量）、10Be含量、化学风化指数(CIA、CaO/Al2O3、Rb/Sr、Sr/Ba、Na2O/Al2O3、Fe2+/Fe3+、U/Th)、古土壤碳酸盐含量33. 从黄土记录怎样认识东亚季风演变历史及动力机制？i. 建立指示东亚冬季风与夏季风的曲线；ii. 通过轨道调谐，把曲线调到同一坐标上；iii. 做频谱分析，得到东亚冬、夏季风的变化周期；iv. 发现黄土成绩记录了明显的地轴倾斜和岁差周期，与全球冰量模型有很好的对比关系；提出了“全球冰量驱动模式”来解释东亚季风的演化及动力特点。34.湖泊年纹层定义：湖泊沉积物中因季节驱动力而形成的原生沉积层，层偶的物质组成具有可以识别的年季节旋回。3
14、5.玛珥湖的古气候指标：生物、物理、化学指标。36.冰芯记录的特点： 优点：时间序列长（80Ma）；高分辨率（季节，年）；高保真（低温）；多指标（海陆生物、人类污染、太空物质）；沉积后变化小 耗资巨大，工作条件艰苦37冰芯记录的时间标尺:1） 绝对年龄控制：AMS14C,210Pb2） 年纹层记数：3） 冰流模式时间标尺4） 岁差、地轴倾角、地球偏心率轨道调谐的标尺5） 冰层年龄与气体年龄（雪，粒雪，冰）6） 冰芯时间标尺评价：冰芯上部： 物理层位， 化学季节变化 冰芯中部： 化学季节变化， 标志层 冰芯底部： 流动模型， 放射性同位素， 相似比较38. 39.40.大气粉尘冰期高，间冰期低。41.冰芯与古气候对比：42.古气候的定量化重建 定量化重建的意义：没有办法直接去测量古气候变化；地层中保留有各种气候的代用指标；定量化研究是理解古气候变化机制、确定模型边界条件和评估古气候模拟的关键。 现代过程的局限性：滞后性、可能随时改变、人类有影响。 基本原理：将今论古 定量化方法： 统计模型（孢粉、生物指标）指示种法、集合体法、多元校正函数法 植被模型模拟：BIOME模型、全球动态植被模型、植被反演模型 气候模式统计模型的局限性：指标与气候非直
